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1、南华大学电气工程学院毕业设计第 1 页，共 69 页引言随着经济的腾飞，电力系统的发展和负荷的增长，电力网容量的增大，电压等级和综合自动化水平也不断提高，科学技术突飞猛进，新技术、新电力设备日新月异，该地原有变电所设备陈旧，占地较大，自动化程度不高，为满足该地区经济的持续发展和人民生活的需要，电网正在进行大规模的改造，对变电所的设计提出了更高、更新的要求。建设新的变电所，采用先进的设备，使其与世界先进变电所接轨，这对提高电力网的供电可靠性，降低线路损耗，改善电能质量，增加电力企业的经济效益有很大的现实意义。1、绪论由于经济社会和现代科学技术的发展，电力网容量的增大，电压等级的提高，综合自动化水
2、平的需求，使变电所设计问题变得越来越复杂。除了常规变电所之外，还出现了微机变电所、综合自动化变电所和无人值班变电所等。目前，随着我国城乡电网建设与改革工作的开展，对变电所设计也提出了更高、更新的要求。1.1 我国变电所发展现状变电技术的发展与电网的发展和设备的制造水平密切相关。近年来，为了满足经济快速增长对电力的需求，我国电力工业也在高速发展，电网规模不断扩大。目前我国建成的 500kV 变电所有近 200 座，220kV 变电所有几千座；500kV 电网已成为主要的输电网络，大经济区之间实现了联网，最终将实现全国联网。电气设备的制造水平也在不断提高，产品的性能和质量都有了较大的改进。除空气绝
3、缘的高压电气设备外，GIS、组合化、智能化、数字化的高压配电装置也有了新的发展；计算机监控微机保护已经在电力系统中全面推广采用；代表现代输变电技术最高水平的 750kV 直流输电，500kV 交流可控串联补偿也已经投入商业运行。我国电网供电的可靠性近年来也有了较大的提高，在发达国家连续发生严重的电网事故的同时，我国电网的运行比较稳定，保证了经济的高速发展。南华大学电气工程学院毕业设计第 2 页，共 69 页1.2 变电所未来发展需要解决的问题在未来，随着经济的增长，变电技术还将有新的发展，同时也给电力工程技术人员提出了一些需要解决的问题，例如：高压、大容量变电所深入负荷中心进入市区所带来的如何
4、减少变电所占地问题、环境兼容问题；电网联系越来越紧密，如何解决在事故时快速切除隔离故障点，保证电力系统安全稳定问题；系统短路电流水平不断提高，如何限制短路电流问题；在保证供电可靠性的前提下，如何恰当的选择主接线和电气设备、降低工程造价问题等。1.3 地区变电所的未来发展变电所实现无人值班是一项涉及面广、技术含量高、要求技术和管理工作相互配套的系统工程。它包括：电网一、二次部分、变电所装备水平、通信通道建设、调度自动化系统的建立以及无人值班变电所的运行管理工作等。所以要实现变电所的无人值班，必须满足一定的条件，主要有以下几个方面： 变电所的基础设施要符合要求。如：主接线力求简单，运行方式改变易实
5、现，变压器要具有调压能力（可以是有载调压变压器或由调压器与无载调压变压器相配合来实现调压） ，主开断设备要具有较高的健康水平，操作机构要能满足远方拉合要求等。另外，所内还要具备一定的基础自动化水平，用以完成对一些辅助性设备实现控制（如主变风扇的开停、电容器的投切等） ，以减轻调度端的工作量。 调度自动化系统在达到部颁发的县级电网电力调度自动化规范中所要求的功能的基础上，通过扩展“遥控” 、 “遥调” ，实现“四遥”功能，达到实用化要求。同时还要满足 RTU 功能先进、通道畅通可靠等条件。 企业要有一支高素质的人才队伍。这既是变电所实现无人值班建设的需要，更是变电所无人值班建成后运行和管理的需要
6、，也是变电所能否真正实现无人化运行，发挥出应有效益的要求。 对企业必须产生明显的效益。因为变电所要实现无人值班，无论是设备升级，还是上自动化系统，需要有大量的资金投入。对企业来说，要搞无人值班变电所，首先要作好投入产出评价。一般来说，当运行的无人值班变电所低于 34 座时，总体经济效益是不明显的。这主要是因为一方面县调自动化功能由于覆盖率低而得不到充分发挥；另一方面企业又要为无人值班变电所的运行、南华大学电气工程学院毕业设计第 3 页，共 69 页操作和管理工作配备一支队伍，而从变电所减下来的人员由于数量少，达不到减人增效的目的。所以说，要搞无人值班变电所，就必须要形成规模。实践证明：一个县级
7、供电部门，在无人值班变电所数量达到 50%以上时，才可能受到良好的经济效益。实现无人值班的几点意见： 坚持积极稳妥的建设原则，要统筹规划，作好可行性论证，因地制宜，量力而行，以点带面，逐步展开。目前国家在无人值班变电所设计、建设到管理等方面还没有制定出一个统一的技术导则或运行管理办法，各供电部门只能边干，边摸索，边总结，为国家形成相应的文件提供参考依据。 要防止“为无人而无人”的观念。在县级电网的规划建设时，建议在非枢纽所和用户所可先行实现无人值班，而对电网影响大的枢纽所可考虑上综合自动化系统。 要坚持新建与改造并重的原则。对于新建变电所，有条件、有实力的县局可以按照原电力部提出的小型化远景模
8、式方案，一次到位实现变电所无人值班；对于条件尚不成熟的县局，可通过对变电所进行改造这条途径，先从设备改造入手，提高基础自动化水平，分步骤实施，最终达到无人值班的要求。2、电气主接线2.1 电气主接线的设计原则和要求变电所电气主接线是指变电所的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。2.1.1 主接线的设计原则 考虑变电所在电力系统中的地位和作用。变电所在电力系统中的地位和作用事决定主接线
9、的主要因素。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。南华大学电气工程学院毕业设计第 4 页，共 69 页 考虑近期和远期的发展规模。变电所主接线设计应根据 510 年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布，负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源和出线回数。 考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响。对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两
10、个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。 考虑主变压器台数对主接线的影响。变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许
11、切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。2.1.2 主接线设计的基本要求根据我国原能源部关于220500kV 变电所设计技术规程SDJ288 规定：“变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。1 可靠性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践，经过长期运行实践的考验，对以往所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。主接
12、线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备南华大学电气工程学院毕业设计第 5 页，共 69 页对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时可靠性不是绝对的，而是相对的。一种主接线可靠性的标志：断路器检修时是否影响供电；线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；变电所全部停电的可能性。 灵活性主接线的灵活性有以下几方面要求： 调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。 检修要求。可
13、以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，且不致影响对用户的供电。 扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。 经济性经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。2.2 主接线方案比较及确定根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。进而，以优化组合的方式，组成最佳可比方案。表 2.1 方案拟定表电压等级 方案 方案220kV 双母线接线 双母带旁路接线110kV 双母线接线 双母带旁路接线10kV 单母线接线 单母分段接线2.2.1 220kV 和 110kV 主接线方案确定 方案：南华大学电气工程学院毕业设计第 6 页
14、，共 69 页图 2.1 双母线接线线路故障断路器拒动或母线故障只停一条母线及所连接的元件，将非永久性故障元件切换到无故障母线，可迅速恢复供电。检修任一元件的母线隔离开关，只停该元件和一条母线，其他元件切换到另一母线，不影响其他元件供电。可在任何元件不停电的情况下轮流检修母线，只需将要检修的母线上的全部元件切换到另一母线即可。断路器检修可加临时跨条，将被检修断路器旁路，用母联断路器代替被检修断路器，减少停电时间。运行和调度灵活，根据系统运行的需要，各元件可灵活地连接到任一母线上，实现系统的合理接线。扩建方便，一般情况下，双母线接线配电装置在一期工程中就将母线构架一次建成，近期扩建间隔的母线也安
15、装好，在扩建新元件施工时，对原有元件没有影响。 方案：南华大学电气工程学院毕业设计第 7 页，共 69 页图 2.2 双母带旁路接线加旁路母线虽然解决了断路器和保护装置检修不停电的问题，但是旁路母线也带来了如下的负面影响： 旁路母线、旁路断路器及在各回路的旁路隔离开关，增加了配电装置的设备，增加了土地，也增加了工程投资。 旁路断路器代替各回路断路器的倒闸操作复杂，容易产生误操作，酿成事故。 保护及二次回路接线复杂。 用旁路代替各回路断路器的倒闸操作，需要人来完成，因此带旁路母线的接线不利于实现变电所的无人值班。近年来，系统地发展，系统接线可靠性的提高，新技术、新设备的采用，使得采用旁路母线的环
16、境发生了较大的变化，主要有以下几个方面： 由于设备制造水平的提高，高质量的断路器不断出现，例如现在广泛采用的 SF6断路器、真空断路器，运行可靠性大幅度提高。连续不检修运行的时间不断增长，SF 6断路器制造厂可保证 20 年不检修。即使有时因操作机构故障需要停电检修，检修的时间也很短。近年来弹簧机构、液压弹簧机构等高可靠性的断路器操作机构也不断涌现。因此，断路器本身需要检修的几率不断减少，而每次检修的时间又非常短，旁路母线使用的几率也在逐年下降。 由于继电保护装置的微机化，维护工作大量减少，需要停电维护的几率很小。特别是双重化配置的保护，可以一套保护运行，另一套保护停用更换插件，不需要旁路保护代替。 220kV 及以下新设计的变电站，一般都按无人值班方式设计。旁路母线给无人值班带来不便。鉴于上述情况，旁路母线的作用已经逐年渐弱了。作为电气主接线的一个重要方案带旁路母线的接线已经完成了它的历史作用，现在已经成为了一种过时的接线方式。新
